Rakennuksen lämpökuvaus, uudet ohjeet

Transkriptio

1 Rakennuksen lämpökuvaus, uudet ohjeet Sauli Paloniitty Paloniitty Oy Tiivistelmä Lämpökuvausta menetelmänä käytetään hyvin yleisesti rakentamisen ja rakenteiden laadunvalvonnassa. Uusien ohjeiden pääsisältö on tarkentaa kuvausmenetelmiä, lieventää sääolosuhdevaatimuksia, luokitella erilaiset lämpökamerat eri mittaustarkoituksiin sekä antaa paremmin tulkintatyökaluja erityisesti ikkunoiden lämpökuvaukseen. Merkittävin muutos tulkintatyökaluihin on mahdollistaa rakennuksen vallitsevan paine-eron huomioiminen lämpötilaindeksilaskennassa. Rakentamisen ja rakennustuotteiden laadunvalvontakuvaukset tulee suorittaa riittävän hyvällä lämpökameralla jonka resoluutiotaso on korkeampi kuin pikseliä ja lämpökameran erottelukyky (herkkyys) on vähintään 0,05 C astetta. Sisä- ja ulkoilman lämpötilaerovaatimus on 15C astetta. Kun kuvaukset suoritetaan vähintään resoluutiotasoa pikselin tai sitä paremmalla lämpökameralla ja jonka, lämpökameran herkkyys (NETD = Noise Equivalent Temperature Difference) on 0.03 C -astetta tai parempi, riittää sisä- ja ulkoilman lämpötilaeroksi 10C astetta. Tiiviysmittauksen yhteydessä tehtävään ilmavuotojen paikantamiseen lämpökameralla, suositellaan vähintään 5 C asteen lämpötilaeroa sekä lämpökameraa jonka resoluutiotaso on korkeampi kuin pikseliä. Rakennuksen vallitseva paine-ero huomioidaan lämpötilaindeksin laskennassa paine-eron huomioivalla kaavalla, silloin kun vallitseva paine-ero on yli 5Pa alipaineinen. Jokainen yli 5 Pascalin ylittävä paine-eroyksikkö vähentää lämpötilaindeksiä yhdellä prosentilla. Paineerokorjausta käytetään vain silloin kun vallitseva paine-ero on -6Pa -30Pa välillä. Rakennuksen ollessa ylipaineinen tai paine-eron ollessa yli -30Pa alipaineinen, ei lämpötilaindeksiä ilmoiteta. Ikkunoiden ja niihin liittyvien rakenteiden lämpökuvauksen analyysi ja tulkinta tulee tehdä huolellisesti ja ottaa huomioon rakennuksen vallitseva paine-ero ja huomioida se lämpötilaindeksilaskennassa ja johtopäätöksissä. Koko tilan lämpöviihtyvyysolosuhteet tulee huomioida johtopäätöksiä tehtäessä. 1. Johdanto Lämpökuvaus menetelmänä rakenteiden kunnon arvioinnissa on ollut jo pitkään varsin yleistä. Rakennuksen lämpökuvauskoulutus aloitettiin suomessa vuonna Ensimmäinen oppikirja aiheesta julkaistiin 2004 ja RT-kortti Samoihin aikoihin alkoi henkilösertifiointikoulutus alalle. Menetelmä on todettu hyväksi ja kustannustehokkaaksi tavaksi tutkia rakentamisen laatua, rakenteita sekä taloteknisiä järjestelmiä. Ohjeiden uusimiseen ja terävöittämiseen on useitakin tarpeita: asumisterveysasetuksen uudistuminen 2015, lämpökameroiden kehittyminen, entistä paremmin eristävien rakenteiden rakentaminen ja ilmaston lämpeneminen,

2 rakennusten tiiviysmittauksien yleistyminen, rakennusten tiiviyden ja koneellisen ilmanvaihdon yleistyminen ja paine-erojen merkityksen korostaminen. Vuoden 2015 aikana on päätetty julkaista uusi oppikirja sekä RT-kortti rakennusten lämpökuvauksesta. Lisäksi tavoitteena on laatia RT-kortti rakennusten tiiviysmittauksesta. Ohjeissa uutena asiana tulee, ikkunoiden lämpökuvauksen ohjeistaminen ja tulkintaesimerkkejä, annetaan lämpökameroiden vaatimukset eri käyttötarpeisiin sekä otetaan käyttöön paine-eron vaikutuksen huomioiminen lämpötilaindeksilaskennassa. Edellisten lämpökuvausohjeiden jälkeen rakentaminen on muuttunut energiatehokkaammaksi joka tuo lisää haasteita laadunvalvontalämpökuvaukselle. Rakenteiden lämmöneristyskyky ja ilmatiiviys on parantanut sekä rakennukset varustetaan monipuolisilla taloteknisillä järjestelmillä. Entistä enemmän vaaditaan kokonaisuuksien hallintaa kun selvitetään rakenteiden ja järjestelmien yhteistoimintaa. 2. Muutokset olemassa oleviin ohjeisiin 2.1 Asumisterveysasetus 2015 lämpöolot Toukokuussa 2015 voimaan tulleen asumisterveysasetuksessa otetaan selkeämmin kantaa lämpöoloihin ja paine-eron merkitykseen toimenpiderajoja arvioitaessa. Asetuksessa kohdassa 3 olevat määritykset ohjaavat siihen suuntaan että jokainen tilanne on käsiteltävä kokonaisuutena. Arvioitaessa toimenpiteitä on otetta varsinaisen ongelman lisäksi huomioon korjauksista / toimenpiteistä aiheutuvat riskit ja niihin tarvittavat resurssit. On hyvä kuitenkin muistaa että toimenpiderajoista asetuksessa sanotaan seuraavaa: [1] 1 Soveltamisala Tätä asetusta sovelletaan terveydensuojelulain (763/1994) nojalla tehtävään asunnon j a muun oleskelutilan terveydellisten olosuhteiden valvontaan. Tämän asetuksen fysikaalisia, kemiallisia ja biologisia altistumistekijöitä koskevia vaatimuksia ja niiden toimenpiderajoja sovelletaan tehtäessä terveydensuojelulain 27 tai 51 :ssä tarkoitettuja päätöksiä ja määräyksiä. 3 Asunnon ja muun oleskelutilan fysikaalisia, kemiallisia ja biologisia tekijöitä koskevat yleiset arviointiperusteet Terveyshaitta on arvioitava kokonaisuutena siten, että altisteen toimenpiderajaa sovellettaessa otetaan huomioon altistumisen todennäköisyys, toistuvuus ja kesto, mahdollisuudet välttyä altistumiselta tai poistaa haitta sekä poistamisesta aiheutuvat olosuhteet ja muut vastaavat tekijät. Sovellettaessa tässä asetuksessa tarkoitettuja fysikaalisia, kemiallisia ja biologisia tekijöitä koskevia vaatimuksia tavanomaisesta poikkeavissa oloissa, kuten rakennuksen tai sen osan korjauksen tai muutostyön aikana, on otettava huomioon erityisesti altistuksen kesto ja mahdollisen terveyshaitan toteutumisen riski.

3 2.1.1 Lämpöolot ja virtausnopeus Asetuksessa määritetään lämpöoloille seuraavat ohjeet: Huoneilman lämpötila voidaan mitata oleskeluvyöhykkeeltä 1 sen mukaan, mikä on tarpeen terveyshaitan selvittämiseksi. Huoneilman lämpötila mitataan noin 1,1 metrin korkeudelta. Lämpötilojen tulee täyttää taulukon 1 mukaiset toimenpiderajat. Toimenpiderajoja sovelletaan asunnossa vain asuinhuoneiden lämpötilojen terveellisyyden arviointiin. Lämpötilat eivät saa aiheuttaa 5.ssä tarkoitettua mikrobikasvun riskiä. Ilman virtausnopeus ei saa ylittää liitteessä 1 olevan vetokäyrän mukaista virtausnopeutta. [1] 1) oleskeluvyöhykkeellä huonetilan osaa,jonka alapinta rajoittuu lattiaan, yläpinta on1,8 metrin korkeudella lattiasta ja sivupinnat ovat 0,6 metrin etäisyydellä ulko-tai sisäseinästä tai vastaavasta kiinteästä rakennuksen osasta; Taulukko 1. Lämpötilojen ja ilman virtausnopeuden toimenpiderajat

4 Asetuksessa otetaan nyt paremmin kantaa siihen mikä on normaali ja tavoiteltava vallitseva paineero asuintiloissa. Vallitseva paine-ero tulisi olla välillä -0-5 Pa alipaineinen. Tästä poikkeava paine-ero aiheuttaa sen että lämpötilojen toimenpiderajoja ei voida suoraan käyttää raja-arvoina. Silloin yleensä tilan ilmanvaihdon säätöä tulee korjata. Toinen oleellinen muutos selkeämpään suuntaan, lämpöolojen toimenpiderajoissa, on välttävän ja hyvän tason pois jääminen. On vain yksi raja-arvo joka koskaa sekä uudempaa että vanhempaa rakennuskantaa. 2.2 Lämpökamerat Tekniikan kehittyminen on aiheuttanut lämpökuvausalalle sekä hyvää että huonoa. Hyvää siinä mielessä että kameroiden hinnat ovat laskeneet ja ominaisuudet parantuneet. Toisaalta hintakilpailu kameramarkkinoille on tehnyt myös sen, että laitevalmistajat ovat tuoneet markkinoille entistä heikommalla resoluutiolla ja erottelukyvyllä olevia lämpökameroita. Jotkin toimijat ovat hankkineet edullisen kameran ja myyvät kuvauspalvelua ilman asianmukaista osaamista ja koulutusta. Tämä on aiheuttanut alalla hieman huonoa palautetta. Vuodesta 1995 alkaen markkinoilla on ollut pääsääntöisesti matriisitekniikalla varustettuja lämpökameroita. Matriisi-ilmaisimissa (detektoreissa) jokaisella kuvapisteellä on oma ilmaisin. Lämpökuva muodostetaan yksittäisten rinnakkain ja päällekkäin olevien ilmaisimien antaman lämpösäteilytiedon pohjalta. Mittaus perustuu kohteen lämpösäteilyn aiheuttaman ilmaisimen resistiiviseen muutokseen. Pintalämpötilojen mittaus lämpökuvauksella perustuu pintojen lähettämään eli emittoimaan lämpösäteilyyn. Kaikki pinnat lähettävät säteilyä, jonka voimakkuus riippuu pintalämpötilasta ja pinnan emissiokertoimesta, kyvystä lähettää lämpösäteilyä. Lämpökamerat mittaavat tutkittavasta pinnasta tullutta infrapuna-alueen kokonaissäteilyä, johon sisältyvät myös pinnasta heijastunut säteily sekä joissakin tapauksissa pinnan läpi tullut säteily. Eri lämpötilat nähdään lämpökameran näytöstä käytetystä lämpötila- ja värisävyasteikosta eri väreinä. Kuvaustilanteessa voidaan kameratyypistä riippuen mitata yksittäisiä pintalämpötiloja, alueiden keskilämpötiloja, maksimi- ja minimilämpötiloja sekä asetetun pintalämpötilatason alittavia alueita. Lämpökuvauksella saadaan siten kohteen pintalämpötilajakauma, josta voidaan päätellä rakenteiden lämpötekninen toimivuus. Lämpökameroiden resoluutio eli matriisi-ilmaisimessa oleva mittapisteiden määrä, vaihtelee kameroissa hyvin paljon. Halvimmissa kameroissa resoluutio on 80x60 jolloin mittapisteiden määrä on Parhaimmissa kameroissa resoluutio on 1024x768 jolloin mittapisteiden määrä on Tämä aiheuttaa sen että lämpökuvan laatu ja siten myös lämpötilatarkkuus on hyvin erilainen erilaisissa kameroissa. Heikko resoluutio on ongelma vertailtaessa eri resoluutiolla tehtyjä lämpökuvaustutkimuksia. Yleinen ohje on että lämpökuvat otetaan 2-4 metrin päästä kuvauskohdetta. Tarkemmalla resoluutiolla varustetulla kameralla otetussa lämpökuvassa havaitaan pienetkin poikkeamat, mutta heikommalla resoluutiolla varustettu kamera ei havaitse välttämättä mitään. Havainnointiin vaikuttaa myös resoluution lisäksi käytettävä kameran objektiivi sekä kameran erotteluherkkyys.

5 Lämpökameran erotteluherkkyys (NETD = Noise Equivalent Temperature Difference) tarkoittaa kameran matriisi-ilmaisimen kykyä mitata lämpötilamuutosta. Tyypillisesti erottelukyky vaihtelee 0,15-0,02. Mitä parempi erotteluherkkyys on, sitä herkemmin nähdään pintojen lämpötilamuutokset. Rakennuksen laadunvalvontalämpökuvauksia tehtäessä tulee lämpökameran täyttää seuraavat vähimmäisvaatimukset: käytetyn lämpökameran erotteluherkkyys tulee olla 0.05 C tai parempi lämpökuvan resoluutio on vähintään pikseliä tai korkeampi (esim. 200x150) Rakennusten tiiviysmittauksien yhteydessä tehtävä ilmavuotojen paikannus voidaan tehdä hieman heikoimman tason lämpökameroilla. Ilmavuotopaikannukseen suositeltavat vähimmäisvaatimukset lämpökameralle ovat seuraavat: käytetyn lämpökameran erotteluherkkyys tulee olla 0.1 C tai parempi lämpökuvan resoluutio on vähintään pikseliä tai korkeampi (esim. 160x120). Kun lämpökameroita käytetään erilaisiin tarkoituksiin, tulee niiden täyttää seuraavat vaatimukset: Käyttötarkoitus Resoluutiovaatimus Erottelyherkkyys Ilmavuotojen paikantaminen ,1 Laadunvalvontalämpökuvaus ,05 (lämpötilaero min. 15C) Laadunvalvontalämpökuvaus ,03 (lämpötilaero min. 10C) Kuvassa 1 on kuvattu neljä erilaista ja tasoista lämpökameraa joiden resoluutio sekä erottelukyky poikkeavat hyvin paljon toisistaan. Kuva 1. Neljä eri Flirin lämpökameraa, oikealta ns. isännöitsijäkamera, työmaakamera, konsulttikamera ja tutkimuskäyttöön soveltuva kamera.

6 2.3 Olosuhdevaatimukset Nykyisessä rakennuksen lämpökuvaus ohjeistuksessa vaaditaan 15 C tai 3/U-arvolla-asteen lämpötilaeroa sisä- ja ulkolämpötilan välille, jotta normin mukainen kiinteistön sisäpuolinen lämpökuvaus voidaan suorittaa. Tämä on aiheuttanut mm. sen että joinain talvina lämpökuvauskausi Suomen eteläosissa jää hyvin lyhyeksi. Ongelma kasvaa vielä kun nykyisissä uusissa rakennuksissa U-arvo on varsin hyvä. Yläpohjien U-arvovaatimus on mm. normitalossa 0,09 W/m 2 C. Tästä aiheutuu vanhojen ohjeiden mukaan vähimmäislämpötilaeroksi 3/0,09 = 33 C. Sisälämpötilan ollessa noin 21 C tulisi ulkoilman vuorokauden keskilämpötila olla siis -12 C, jotta lämpökuvausta voitaisiin tehdä ohjeiden mukaisesti. Kun lämpökameroiden herkkyys (eli lämpötilojen erotuskyky) sekä resoluutio on vuosi vuodelta parantunut, voidaan lämpötila-erovaatimusta rakenteen yli lieventää. Uusien ohjeiden mukaisesti vähimmäislämpötilaerot ovat seuraavat: ilmavuotojen paikannus tiiviysmittauksen yhteydessä 5 C rakennuksen laadunvalvontalämpökuvaus 15 C rakennuksen laadunvalvontalämpökuvaus 10 C, silloin kun käytetyn lämpökameran erotteluherkkyys on 0.03 C tai parempi ja lämpökuvan resoluutio on vähintään pikseliä tai korkeampi (esim 320x240 = ) Muita olosuhdevaatimuksia laadunvalvontalämpökuvaukselle ovat: sisällä vallitseva alipaine on rajoissa -0-5 Pa (ei indeksikorjausta) sisällä vallitseva alipaine on rajoissa Pa (indeksikorjaus) tuulen nopeus on korkeintaan 10 m/s aurinko ei ole lämmittänyt mitattavaa kohdetta edelliseen 12 tuntiin. Kevyillä rakenteilla tarkoitetaan puurakenteisia rakenteita. aurinko ei ole lämmittänyt mitattavaa kohdetta edelliseen 24 tuntiin. Raskaat rakenteet kuten betoni- tiili- ja siborexrakenteet. Laadunvalvontalämpökuvauksessa on aina huomioitava olosuhteet ja ulkoiset tekijät. Aurinko ei saa lämmittää rakennetta siten että se vaikuttaisi rakenteen lämpötilajakaumaan. Kevyemmissä rakenteissa voidaan riittävänä tasaantumisaikana pitää 12 tuntia. Raskaammissa rakenteissa vaaditaan pidempi tasaantumisaika 24 tuntia, jona aikana ei rakenne saa altistua auringon paisteelle, joka voisi lämmittää rakennetta. Laadunvalvontalämpökuvauksessa on huomioita myös muut ulkoilman sään muutokset (tuuli ja lämpötilan muutokset) ennen lämpökuvauksen suorittamista edellisen vuorokauden aikana ja lämpökuvauksen aikana. Sään huomioimista on selitetty tarkemmin Rakennuksen lämpökuvaus- julkaisussa. [2] 2.4 Paine-erokorjaus lämpötilaindeksiin Paine-erolla on suora yhteys ilman liikkeeseen ja siten ilmavuotopaikan pintalämpötilaan. Lämpökuvauksia tehtäessä tärkeää on se, että tilassa vallitsee normaali vallitseva painesuhde, jolloin tilan pitäisi olla lievästi alipaineinen. Jos ennen varsinaisen lämpökuvauksen aloittamista tehtävässä paine-eromittauksessa todetaan, että tila on liian alipaineinen (yli -30 Pa) tai ylipaineinen, on syytä tarkastella ja ehdottaa mahdollista ilmanvaihdon tasapainotusta. Tehtyjen tutkimusten mukaan alipaineen suuruudella on yleensä melko suoraviivainen vaikutus vikakohdan pintojen lämpötilaan silloin, kun alipaine on vielä kohtuullinen (0:n ja -30 Pa:n välillä).

7 Alipaineen kasvaessa yli -30 Pa:n ei vuodon aiheuttamaa pintalämpötilan muutosta voida hallita. Silloin toki ilmanvaihdon tasapainotuksessa on vikaa, joka tulee korjata. Aikaisemmassa Rakennuksen lämpökuvaus -julkaisussa [2] esiteltiin jo periaate miten vallitseva paine-ero vaikuttaa rakenteiden ilmavuotojen pintalämpötiloihin. Silloin kun vallitseva paine-ero on epänormaali eli alipaine on korkeampi kuin -5Pa ilmoitettua lämpötilaindeksi lasketaan paine-eron huomioivalla kaavalla 1. Useissa eri kohteissa omakotitaloissa, rivitaloissa, kerrostaloissa, päiväkodeissa, kouluissa ja joissakin virastoissa on testattu, miten paine-eron muutokset vaikuttavat ilmavuodon aiheuttamaan pinnan vikalämpötilaan lämpökameralla mitattuna. Tutkimusten mukaan 1 Pa:n muutos paine-eroon aiheuttaa suoraan indeksiksi laskettuna keskimäärin 1 indeksin muutoksen. Tätä teoriaa voi hyödyntää indeksilaskennassa silloin, kun paine-ero on jotain muuta kuin normaalin käyttötilanteen paine-ero. Lämpötilaindeksinlaskentakaavaan tehdään silloin seuraava lisäys: TI =(Tsp To)/(Ti To)x100 [%] - (Pa m + 5Pa) Kaava missä TI = lämpötilaindeksi Tsp = sisäpinnan lämpötila, C Ti = sisäilman lämpötila, C To = ulkoilman lämpötila, C Pa m = mitattu vallitseva paine-ero Lämpötilaindeksin laskemiseksi on määritettävä huoneilman lämpötila, ulkoilman lämpötila ja sisäpinnan lämpötilan lisäksi paine-ero vaipan yli. Rakenteiden lämpökuvauksen tulkintakriteerit ovat esitetty taulukossa 1. Taulukko 1. Rakenteiden pintalämpötilojen toimenpiderajat. Pintalämpötilavaatimukset: Asuin-ja oleskelutilat sisäpinnat Työnaikaiset rakennukset Valmiit rakennukset Paine-ero Pa Lämpötilaindeksin raja-arvo Lämpötilaindeksin raja-arvo Ylipaineinen Ei vaatimusta Säädetään ilmanvaihto -0-5 Pa Ei vaatimusta Pa Ei vaatimusta 61% + (Paine-ero + 5Pa) * -30 Pa Ei vaatimusta Säädetään ilmanvaihto * Ensisijaisesti pyritään säätämään ilmanvaihto siten että paine-ero on tasolla -0-5Pa. Työnaikaiset rakennukset: Rakennukset joissa tehdään vielä rakennustöitä ja lämmitys ja ilmanvaihto ovat säätämättä. Valmiit rakennukset: Uudiskohteeksi luetaan ne rakennukset jotka ovat valmiit ja joissa talotekniikka (lämmitys, ilmanvaihto) on ollut käytössä ja säädetty vähintään 2vrk. Paine-ero on huoneesta mitattu sisä- ja ulkoilman välinen vallitseva paine-ero 1,1 metrin korkeudelta kahdesta eri ilmansuunnasta.

8 2.5 Rakennuksen tiiviysmittaus Lämpökuvausta käytetään hyvin yleisesti rakennusten tiiviysmittausten yhteydessä ilmavuotojen paikantamiseen. Siinä käytössä se on nopea ja merkkisavujen kanssa yhdessä luotettava menetelmä. Rakennusten tiiviysmittaus vaatii myös selkeitä ohjeita laiminlyöntien välttämiseksi. Uusien ohjeiden mukaisesti vähimmäislämpötilaero ilmavuotojen paikannukseen tiiviysmittauksen yhteydessä on 5 C. Valmiin kohteen tiiviysmittaustulos on hyväksyttävä tulos vain silloin, kun rakennuksen kaikki vaipan ilmatiiviyteen vaikuttavat tekijät ovat asennettu kuten ulko-ovet ja ikkunat, läpiviennit, hormit ja tulisijat, ilmansulku kokonaisuudessaan, pintarakenteet ja kittaukset. Rakennuksen ilmavuotoluku mitataan koko rakennuksen kohdekohtaisella mittauksella siten että korkeintaan 25 % sisätilavuudesta voidaan jättää mittauksen ulkopuolelle. Jos kohdekohtainen koko rakennuksen mittaus ei ole mahdollinen (esim. rivitalot) mitataan väh. 20 % asunnoista asuntomittauksena. Asuinkerrostaloissa ja vastaavissa kuten kouluissa, palvelutaloissa jne. pyritään aina koko rakennuksen mittaamiseen. Tiiviysmittaukset tulee tehdä mittausmenetelmällä jolla saadaan vähintään +/-10 % tarkkuus ja laitteilla, jotka ovat kalibroitu valmistajan ohjeen mukaisesti. 3. Yhteenveto 2015 vuoden jälkeen sovelletaan rakennusten lämpökuvauksessa ja tiiviysmittauksessa muuttuneita mittausohjeita. Mittausohjeet antavat vaatimukset käytettäville lämpökameroille, mittausolosuhteille ja antaa mahdollisuuden käyttää lämpötilaindeksin paine-eron korjauskaavaa tulkinnan työkaluksi. Asumisterveysasetus antaa terveyshaitan minimikriteerit, jotka ovat myös rakenteelliset minimivaatimukset uudisrakentamiselle. Vanhempien rakennusten osalta asumisterveysasetuksen vaatimukset ovat samalla tavalla olemassa asuinviihtyvyyden arvioinnissa, mutta oleellinen ero on siinä, kuinka arvioidaan vanhojen talojen puutteita ja vikoja, kenen vastuulle vikojen korjaus esim. asuntokauppariidassa kuuluu? Lähdeluettelo [1] Asumisterveysasetus Sosiaali- ja terveysministeriön asetus Asunnon ja muun oleskelutilan terveydellisistä olosuhteista sekä ulkopuolisten asiantuntijoiden pätevyysvaatimuksista. Annettu Helsingissä 23 päivänä huhtikuuta [2] Rakennuksen lämpökuvaus Sauli Paloniitty